Спосіб газолазерного різання металічних матеріалів

Реферат: Спосіб газолазерного різання металічних матеріалів включає використання сфокусованого лазерного променя та співвісного з променем струменя робочого газу, що подається через конічне сопло. Збільшення швидкості течії рідких продуктів різання по поверхні руйнування забезпечують за допомогою постійно або імпульсно діючого магнітного поля, яке пропускають крізь заготовку уздовж напряму руйнування, причому зі сторони конічного сопла магнітне поле направлене так, що виштовхує рідкі продукти різання із порожнини різу, а зі сторони нижньої кромки витягує ці продукти із різу. UA 93408 U (54) СПОСІБ ГАЗОЛАЗЕРНОГО РІЗАННЯ МЕТАЛІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ UA 93408 U UA 93408 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології лазерної обробки та може бути використана на операціях різання та розкрою металічних матеріалів в різних галузях виробництва. Під час газолазерного різання металічних матеріалів стадією технологічного процесу, що обмежує його можливості, є фіксована швидкість течії рідких продуктів різання по поверхні руйнування та утворення грату на нижній кромці деталі (продукти руйнування розтікаються по нижній кромці, створюючи напливи - грат). Так, відомий спосіб лазерного зварювання металічних матеріалів, в основі якого лежить вплив на розплав пронизуючим магнітним полем, що обертається. Це призводить до розкручування розплаву в зварювальній ванні. При цьому виникаючі відцентрові сили притискають розплав до бічних стінок зварювальної ванни, оголюючи її дно, що утворює поглиблення в розплаві і дозволяє постійно потрапляти лазерному випромінюванню на дно зварювальної ванни, безперервно збільшуючи її глибину [1]. Проте цей спосіб не може бути застосований для технології лазерного різання, оскільки обертання розплаву продуктів руйнування в каналі різу тільки погіршить протікання процесу різання в результаті заповнення цими продуктами вже отриманої порожнини різу. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є спосіб газолазерного різання металічних матеріалів, що включає сфокусований лазерний промінь, який падає на заготовку, що розрізається, та співвісний з променем струмінь кисню, що подається через конічне сопло. Для підвищення ефективності видалення продуктів руйнування з каналу різу шляхом кращого продування цього каналу і, отже, збільшення товщини заготовок, що можуть бути розрізаними, пристрій містить додаткове кільцеве сопло, концентричне першому, через яке також подається кисень [2]. Порівняно з аналогом, що розглянуто, цей спосіб дозволяє декілька підвищити товщину заготовок, що розрізаються, шляхом кращого продування каналу різу в порівнянні з випадком, коли кільцеве сопло відсутнє, проте основний недолік зазначеного способу - надлишок кисню у верхній частині різу. Оскільки ширина каналу різу менше діаметру струменя кисню, у верхній частині каналу виникає неконтрольоване мимовільне горіння матеріалу у напрямі бічних стінок каналу. Потім горіння може поширюватися на усю товщину заготовки. При цьому шорсткість стінок різу значно зростає і його якість погіршується. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити спосіб газолазерного різання металічних матеріалів, у якому забезпечиться більш висока швидкість течії рідких продуктів різання по поверхні руйнування та відсутність утворення грату на нижній кромці деталі, а отже, і істотне підвищення товщини заготовок, що можуть бути розрізаними, та висока якість кромок отриманих різів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі газолазерного різання металічних матеріалів, що включає використання сфокусованого лазерного променя, який падає на заготовку, що розрізається, та співвісного з променем струменя робочого газу (найчастіше кисню), що подається через конічне сопло, згідно з корисною моделлю, збільшення швидкості течії рідких продуктів різання, сформованих в краплевидну форму, по поверхні руйнування забезпечують за допомогою постійно або імпульсно діючого магнітного поля, що пропускають крізь заготовку уздовж напряму руйнування в зоні різання, причому зі сторони конічного сопла магнітне поле направлене так, що виштовхує рідкі продукти різання із порожнини різу, а зі сторони нижньої кромки - витягує ці продукти із різу. Цим способом можна здійснити газолазерне різання тільки металічних заготовок, так як магнітне поле може діяти тільки на струмопровідні матеріали. Таким чином, спосіб стає придатним для збільшення товщини заготовок для газолазерного різання та підвищення якості кромок отриманих деталей завдяки відсутності грату на їх нижніх кромках й не потребує складних пристроїв для його реалізації. Спосіб реалізується за допомогою пристрою, суть якого пояснюється кресленням. Спосіб реалізується таким чином. Лазерне випромінювання 1 концентрують за допомогою фокусуючої лінзи 2 на верхній кромці заготовки 3, що розрізається. Спільно з лазерним випромінюванням і співвісно йому в зону обробки піддуваєтся струмінь робочого газу 4 (найчастіше - кисню), що формується конічним соплом 5. Під час газолазерного різання металічних матеріалів на поверхні різання створюється шар розплавленого металу і його оксидів кінцевої товщини, який з часом трансформується на поверхні руйнування в краплевидну форму 6, що видаляється уздовж напряму руйнування 7 із зони різання завдяки динамічній дії струменя газу 4. Швидкість видалення продуктів руйнування визначає як глибину прорізання матеріалу (а значить і можливу товщину заготовок, що розрізаються), так і наявність грату на нижній кромці вирізаних деталей (при високій швидкості вильоту із порожнини різу крапля не в змозі розтікатися по нижній кромці, і грат відсутній). В нашому випадку додаткову швидкість краплі рідкого металу 1 UA 93408 U 5 10 15 придає постійно або імпульсно діюче магнітне поле, яке створюється котушками індуктивності 8 та 9, одна з яких розміщена на конічному соплі 5, а друга - знизу заготовки співвісно соплу 5. Причому магнітне поле зверху направлене на виштовхування рідкого металу з порожнини різу згідно напрямку 10 індукційних сил котушки 8 (див. креслення), а знизу - на витягування сформованої краплі із порожнини та втягування її в котушку 9 згідно напрямку 11 індукційних сил цієї котушки. Потрібний напрямок 10 та 11 дії індукційних сил забезпечується відповідним підключенням котушок 8 та 9 до джерела струму 12 постійної або імпульсної дії. При цьому імпульсна дія сил індукції на краплю продуктів руйнування більш ефективна, проте досягнення максимального ефекту такої дії потребує експериментальних досліджень для встановлення необхідної частоти роботи котушок індуктивності. Як показують експериментальні дослідження, товщина металічних матеріалів, що розрізаються, у результаті застосування пропонованого способу порівняно зі способом найближчим аналогом, зростає до 25 % при повній відсутності грата на нижній кромці отриманих деталей. Таким чином, на зазначену величину може бути підвищена продуктивність газолазерного різання металічних матеріалів та забезпечена висока якість цього процесу. Джерела інформації: 1. Патент Японії JP № 11104879, МПК В23К26/00, 26/06, 26/14, опубл. 14.03.1999. 2. Патент РФ № 2063853, кл. В23К26/00; заявл. 30.08.1994; опубл. 20.07.1996. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб газолазерного різання металічних матеріалів, що включає використання сфокусованого лазерного променя та співвісного з променем струменя робочого газу, що подається через конічне сопло, який відрізняється тим, що збільшення швидкості течії рідких продуктів різання по поверхні руйнування забезпечують за допомогою постійно або імпульсно діючого магнітного поля, яке пропускають крізь заготовку уздовж напряму руйнування, причому зі сторони конічного сопла магнітне поле направлене так, що виштовхує рідкі продукти різання із порожнини різу, а зі сторони нижньої кромки витягує ці продукти із різу. 2 UA 93408 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3